在物理學中，粒子是具有物理特性（比如質量或體積）的小型物質。而我們無限的宇宙正是由這些毫不起眼的物質組成的。
因此，粒子十分值得研究人員來研究。麻省理工學院、哥倫比亞大學、康奈爾大學和哈佛大學的研究人員在他們的合作機器人系統中命名機器人為“粒子”。
最近，《自然》雜志中的一篇文章提出了一種概念：小型機器人的合作系統也能夠完成復雜的工作，即使系統中的每個組件在計算中都不復雜。這是自動化分支中的群體機器人的核心理論。盡管它在很大程度上還是研究型大學的研究范圍，但是在未來，機器人維修，國防、農業和基礎設施檢查等部門也要依靠成群的小型廉價機器人在環境中工作，完成單個機器人永遠無法完成的任務。
粒子機器人的研究人員的靈感是來自于吸引和排斥的原理。每個粒子都是圓盤狀的，并通過磁鐵與其周圍的其他粒子松散地連接。即單個粒子可以遠離周圍的粒子或靠近它們。
粒子機器人
圖片來源：Felice Frankel
但是，這個簡單的動作掩蓋了集群可以作為一個整體，從而執行令人難以置信的多樣的任務。就像一群螞蟻一樣，粒子機器人可以以它們的方式拾取和運輸物體。它們還可以像水流過湍急的河流中的障礙物一樣，KUKA機器人示教器維修，在物體周圍無縫地導航物體，這可是單個大型機器人無法做到的事情。
MIT的計算機科學與人工智能實驗室（CSAIL）的主任Daniela Rus和電子工程與計算機科學系Andrew與Erna Viterbi教授說：“我們所擁有的小型機器人單元并不像個體機器人那么強大能干，但可以作為一個團隊完成很多工作。機器人本身是靜態的，但當它與其他粒子機器人連接時，機器人集體可以開始探索世界并控制更復雜的動作。通過這些機器人單元，粒子機器人可以實現不同的形狀配置，整體轉換，整體行動。這是非常強大的。”
在《自然》雜志的這篇文章中，研究人員展示了多達十萬個粒子的模擬使用場景。這個團隊還使用了一組較小的十幾個真實粒子來展示這個概念。
和Rus一起寫這篇文章的有：第一作者CSAIL博士后Shuguang Li；共同第一作者Richa Batra和通訊作者Hod Lipson（兩人都是哥倫比亞大學工程學院的）；康奈爾大學的David Brown，Hyun-Dong Chang和Nikhil Ranganathan；以及哈佛大學的Chuck Hoberman。
每個粒子的圓柱形底座都裝有電池和小型電機，以及光傳感器和微控制器。粒子之間不直接相互通信，這是系統的優點之一。將新粒子添加到系統中，并將其他粒子拿走，也不會影響周圍粒子的性能。
當集體內的單個粒子收到指令要何時收縮或膨脹時，這個系統就開始起作用了。通過正確的序列，整個組開始波動并移動。在這種情況下，庫卡機器人何服電機維修，微型機器人上的光傳感器將集體移向光源。通過比較離光源較近的粒子和離光源較遠的粒子感知到的光強度，粒子簇能夠得到準確的定位，然后整個系統開始收縮或膨脹。
Li說：“這就產生了一種機械的收縮-膨脹波——一種協調的推拉運動，它能使大型的機器人集群靠近或遠離環境刺激。關鍵是粒子間共享的同步時鐘的精確定時，這樣能使集群盡可能高效地進行移動。如果弄亂了同步時鐘，系統的工作效率就會降低。”
雖然這個技術還沒有被直接應用，但可能的未來用例會包括建筑業、材料處理和檢查。這個項目的下一步是使粒子更小型化，以便部署數十萬甚至數百萬個粒子，從而成為機器人。